一種高導(dǎo)熱散熱涂料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高導(dǎo)熱散熱涂料，尤其涉及一種水性樹脂導(dǎo)熱散熱涂料制備方法 及其應(yīng)用，屬于新型涂料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 電子元件在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生較多熱量，為了盡快散熱，通常要加裝金屬散熱片，因?yàn)?金屬具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)，常用材料包括銅、鋁或鋁的合金。但是，金屬表面的熱輻射系數(shù) 很低，在沒有對(duì)流傳熱的條件下，匯集到金屬表面的熱量很難散發(fā)出去。通過涂層技術(shù)改 善金屬表面的熱輻射效率，是提高金屬材料散熱性能的重要途徑。在電子工業(yè)迅速發(fā)展的 今天，散熱涂料被廣泛關(guān)注。有效的散熱設(shè)計(jì)和可靠的系統(tǒng)熱特性的LED是發(fā)光二極管的 熱耗散改善的重要方案。傳統(tǒng)管芯的功率比較小，需要散熱的量小，在散熱上沒有嚴(yán)重問 題，而大功率的LED不同，它的芯片功率密度非常大。目前，由于半導(dǎo)體制造技術(shù)的原因，有 80%以上的輸入功率轉(zhuǎn)化為了熱能，只有不到20%轉(zhuǎn)化成了光能。芯片的熱量如果只是簡(jiǎn) 單的按比例將封裝尺寸放大，是無法有效散發(fā)出去，且極有可能會(huì)導(dǎo)致焊錫融化，造成芯片 失效，而加快熒光粉與芯片老化是必然會(huì)發(fā)生的情況，LED的色度在溫度上升時(shí)也會(huì)變差。 對(duì)LED來說高效散熱具有非常重大意義。
[0003] 碳材料是散熱涂料最理想的功能填料。理論計(jì)算和實(shí)際測(cè)量表明，單壁碳納米管 的室溫導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)6600W/m?K，多壁碳納米管的室溫導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)3000W/m?K，碳納米管 是目前世界上已知的最好的導(dǎo)熱材料之一。物體輻射或吸收的能量與它的溫度、表面積、黑 度等因素有關(guān)。碳納米管是一維納米材料，比表面積大，被譽(yù)為世界上最黑的物質(zhì)，這種物 質(zhì)對(duì)光線的折射率只有〇. 045%，吸收率可以達(dá)到99. 5%以上，輻射系數(shù)接近1。
[0004] 在涂料制備過程中，使用非水性樹脂需要使用大量有機(jī)溶劑，對(duì)環(huán)境污染造成危 害，并同時(shí)在涂料制備完成后，涂在金屬表面形成涂層加速導(dǎo)熱的過程中，一些有毒有害的 殘留有機(jī)物可能會(huì)受熱散發(fā)到空氣中，對(duì)環(huán)境和人體健康產(chǎn)生危害。
[0005] 而采用水性樹脂制備的涂料，雖然解決了環(huán)境污染的問題，但是散熱介質(zhì)在水性 樹脂中較難取得良好的分散穩(wěn)定性，在使用過程中導(dǎo)致涂層不均勻。
[0006] 因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開發(fā)一種環(huán)保型高導(dǎo)熱散熱涂料，解決電子原件 的散熱問題，水性涂料分散性穩(wěn)定性并的問題，并同時(shí)安全環(huán)保。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種環(huán)保型高導(dǎo) 熱散熱涂層的制備方法，該方法中高導(dǎo)熱散熱涂層是以碳材料為主體材料，加入水溶性樹 脂和添加劑，得到碳材料為基礎(chǔ)的高導(dǎo)熱散熱涂料溶液，將該涂料溶液涂在電子元件表面 形成涂層，實(shí)現(xiàn)高效散熱。
[0008] 本發(fā)明采用了水性樹脂作為成膜物質(zhì)，避免了制備過程中有機(jī)溶劑的使用，減少 了對(duì)環(huán)境的污染。同時(shí)在涂料涂覆在電子原件表層，形成涂層后，也避免了使用過程中殘留 有機(jī)溶劑的揮發(fā)，更為安全。
[0009] 而碳材料在水性體系中，分散穩(wěn)定性差，不利于涂層成膜，本申請(qǐng)使用了改性的碳 材料，用親水基團(tuán)羧酸基、磺酸基、硫酸基、磷酸基、氨基、羥基或季銨基對(duì)石墨烯、碳納米 管、氧化石墨、富勒烯和碳納米籠進(jìn)行了親水改性，使其在水性體系里分散性得到提高，利 于涂料的制備，改善了涂料在電子元件表面的成膜性，使其能高效散熱。
[0010] 本發(fā)明為一種高導(dǎo)熱散熱涂料，其特征在于，包括水性樹脂、填料、功能添加劑，所 述水性樹脂為水性環(huán)氧樹脂，水性聚乙烯醇樹脂、水性聚氨酯樹脂或水性酚氧樹脂，所述填 料選自石墨烯、碳納米管、氧化石墨、富勒烯和碳納米籠或其相應(yīng)改性材料的一種或多種， 所述功能添加劑選自著色劑，分散劑，消泡劑、固化劑以及附著力促進(jìn)劑中的一種或多種。
[0011] 進(jìn)一步地，各組分的質(zhì)量份數(shù)組成為：水性樹脂40-90份、填料5-20份、功能添加 劑30-45份、水50-90份。
[0012] 進(jìn)一步地，其特征在于，所述碳納米管為單壁碳納米管，雙壁碳納米管或多壁碳納 米管。
[0013] 進(jìn)一步地，所述石墨烯、碳納米管、氧化石墨、富勒烯和碳納米籠改性材料為羧酸 基、橫酸基、硫酸基、憐酸基、氣基、羥基和季按基中的親水基團(tuán)功能化修飾后的碳材料。
[0014] 進(jìn)一步地，所述氧化石墨由Brodie法，Staudenmaier法或Hummers法制備。
[0015] 進(jìn)一步地，所述著色劑選自檸檬黃、莧菜紅、靛藍(lán)、胭脂紅、亮黑、日落黃、誘惑紅、 紅2G、偶氮玉紅、綠S、亮藍(lán)、專利藍(lán)V、赤蘚紅、酸性橙I、酸性橙II、酸性黃36、酸性紅26和 酸性紅52中的一種或多種。
[0016] 進(jìn)一步地，當(dāng)所述水性樹脂為水性聚氨酯時(shí)，所用固化劑為異氰酸酯-多元醇加 成物、異氰酸酯、HDI縮二脲或HDI三聚體中。
[0017] 進(jìn)一步地，當(dāng)所述水性樹指為水性環(huán)氧樹脂、聚乙烯醇樹脂和水性酚氧樹脂時(shí)，所 用固化劑為乙二胺、間苯二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺或二乙氨基丙胺。
[0018] 進(jìn)一步地，所述消泡劑為聚二甲基硅氧烷，所述附著力促進(jìn)劑為氨丙基三甲基氧 基硅烷。進(jìn)一步地，所述方法包括如下步驟：
[0019] a)將水性樹脂、填料、水混合加入攪拌機(jī)，控制轉(zhuǎn)速500-2000rpm，攪拌時(shí)間 0. 5-4h；
[0020]b)依次向攪拌機(jī)中加入分散劑、消泡劑、固化劑以及附著力促進(jìn)劑，控制轉(zhuǎn)速
[0021] 500-2000rpm，攪拌時(shí)間 0? 5-4h;
[0022] c)向攪拌機(jī)中加入著色劑，控制轉(zhuǎn)速500-2000rpm，混合混勻后即得碳材料導(dǎo)熱 散熱涂料。
[0023] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0024] ①本發(fā)明利用高熱導(dǎo)率和輻射率的碳材料作為主要散熱介質(zhì)和傳熱提供通道，將 其均勻地分散在水性樹脂中制備成涂料，熱量傳導(dǎo)到涂料上，涂料再把熱量散發(fā)到空間中， 以提升散熱效果，加速散發(fā)電子元器件產(chǎn)生的熱量，避免電子元器件因散熱不充分而導(dǎo)致 的性能降低、不穩(wěn)定及使用壽命縮短等問題。
[0025] ②本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、易于推廣，生產(chǎn)成本低廉，低溫下即可固化，具有高效、方便、 綠色環(huán)境友好等特點(diǎn)。
[0026]以下將結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說 明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 實(shí)施例1
[0028] 水性環(huán)氧樹脂45份、羥基化石墨烯10份、水90份、亮藍(lán)10份、聚二甲基硅氧烷5 份、乙二胺5份、氨丙基三甲基氧基硅烷5份。
[0029] (1)將45份水性環(huán)氧樹脂、10份羥基化石墨烯、90份水混合加入攪拌機(jī)，控制轉(zhuǎn)速 lOOOrpm，攬拌時(shí)間lh;
[0030] (2)依次向攪拌機(jī)中加入5份聚二甲基硅氧烷、5份乙二胺以及5份氨丙基三甲基 氧基硅烷，控制轉(zhuǎn)速lOOOrpm，攪拌時(shí)間lh;
[0031] (3)向攪拌機(jī)中加入10份亮藍(lán)，控制轉(zhuǎn)速lOOOrpm，混合混勻后即得亮藍(lán)羥基化石 墨烯散熱涂料。
[0032] 將所得散熱涂料噴涂于鋼板上，低溫固化后對(duì)其性能進(jìn)行檢測(cè)。將兩塊不銹鋼鋼 板（A板表面未涂散熱涂料，B板表面涂散熱涂料）放置于加熱板上，依次調(diào)整溫度50°C、 80°C、100°C、150°C、200°C、250°C，每次調(diào)溫后，平衡60分鐘再繼續(xù)加熱至下一溫度，利用 測(cè)溫儀記錄溫度，結(jié)果表明涂有散熱涂料的鋼板溫度均低于未涂散熱涂料的鋼板，說明本 實(shí)施例的羥基化石墨烯散熱涂料具有較好的散熱效果。室溫25°C。
[0033] 表1平衡60分鐘后A板和B板的溫度
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高導(dǎo)熱散熱涂料，其特征在于，包括水性樹脂、填料、功能添加劑，所述水性樹脂 為水性環(huán)氧樹脂，水性聚乙烯醇樹脂、水性聚氨酯樹脂或水性酚氧樹脂，所述填料選自石墨 稀、碳納米管、氧化石墨、富勒稀和碳納米籠或其相應(yīng)改性材料的一種或多種，所述功能添 加劑選自著色劑，分散劑，消泡劑、固化劑以及附著力促進(jìn)劑中的一種或多種。
2. 如權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)熱散熱涂料，其特征在于，各組分的質(zhì)量份數(shù)組成為：水性 樹脂40-90份、填料5-20份、功能添加劑30-45份、水50-90份。
3. 如權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)熱散熱涂料，其特征在于，所述碳納米管為單壁碳納米管， 雙壁碳納米管或多壁碳納米管。
4. 如權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)熱散熱涂料，其特征在于，所述石墨烯、碳納米管、氧化石 墨、富勒烯和碳納米籠改性材料為羧酸基、磺酸基、硫酸基、磷酸基、氨基、羥基和季銨基中 的親水基團(tuán)功能化修飾后的碳材料。
5. 如權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)熱散熱涂料，其特征在于，所述氧化石墨由Brodie法， Staudenmaier法或Hummers法制備。
6. 如權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)熱散熱涂料，其特征在于，所述著色劑選自檸檬黃、莧菜 紅、靛藍(lán)、胭脂紅、亮黑、日落黃、誘惑紅、紅2G、偶氮玉紅、綠S、亮藍(lán)、專利藍(lán)V、赤蘚紅、酸性 橙I、酸性橙II、酸性黃36、酸性紅26和酸性紅52中的一種或多種。
7. 如權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)熱散熱涂料，其特征在于，當(dāng)所述水性樹脂為水性聚氨酯 時(shí)，所用固化劑為異氰酸酯-多元醇加成物、異氰酸酯、HDI縮二脲或HDI三聚體中。
8. 如權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)熱散熱涂料，其特征在于，當(dāng)所述水性樹指為水性環(huán)氧樹 月旨、聚乙烯醇樹脂和水性酚氧樹脂時(shí)，所用固化劑為乙二胺、間苯二胺、己二胺、二乙烯三 胺、三乙烯四胺或二乙氨基丙胺。
9. 如權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)熱散熱涂料，其特征在于，所述消泡劑為聚二甲基硅氧烷， 所述附著力促進(jìn)劑為氨丙基三甲基氧基硅烷。
10. -種制備根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的高導(dǎo)熱散熱涂料的方法，其特征在于，所 述方法包括如下步驟： a) 將水性樹脂、填料、水混合加入攪拌機(jī)，調(diào)整轉(zhuǎn)速，進(jìn)行攪拌； b) 依次向攪拌機(jī)中加入分散劑、消泡劑、固化劑以及附著力促進(jìn)劑，調(diào)整轉(zhuǎn)速，繼續(xù)攪 拌； c) 向攪拌機(jī)中加入著色劑，調(diào)整轉(zhuǎn)速，混合混勻后即得碳材料導(dǎo)熱散熱涂料。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型高導(dǎo)熱散熱水性涂料的制造方法，包括水性樹脂、填料以及功能添加劑，水性樹脂包含水性環(huán)氧樹脂，水性聚乙烯醇樹脂、水性聚氨酯樹脂或水性酚氧樹脂。填料由石墨烯、碳納米管、氧化石墨、富勒烯、碳納米籠的其中一種或多種組成。以高熱導(dǎo)率和輻射率的碳材料作為填料的散熱涂料可涂于電子元器件表面，加速散發(fā)電子元器件產(chǎn)生的熱量，避免電子元器件因散熱不充分而導(dǎo)致的性能降低、不穩(wěn)定及使用壽命縮短等問題。
【IPC分類】C09D7-12, C09D129-04, C09D171-12, C09D163-00, C09D175-04
【公開號(hào)】CN104693968
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510102460
【發(fā)明人】馬杰
【申請(qǐng)人】安徽宏皇信息科技有限公司, 馬杰
【公開日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2015年3月9日